Durchsatz steht ganz vorne

Dieser Beitrag stammt von der B&R Ges.m.b.H., Eggelsberg

Den Entwicklungssprung hat der Spezialist für Abfüllanlagen im Wesentlichen durch den Wechsel von pneumatischen und riemengetriebenen Antrieben zu elektrischen Direktantrieben und den Einsatz einer durchgängigen Antriebslösung auf Basis von B&R Technik bewerkstelligt. 81 000 PET-Rohlinge (auch Preform genannt) pro Stunde soll die Rundläuferstreckblasmaschine Contiform 336 der Krones AG zukünftig mit ihren 36 Blasstationen zu PET-Flaschen verarbeiten können. Dabei wird der vorgefertigte PET-Rohling in einem Infrarot Linearofen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 120 °C erhitzt und anschließend über einen Transferstern in die Blasform aus Aluminium eingebracht. Sobald die Form geschlossen ist, wird der Preform mit einer durch die Flaschenöffnung geführten Reckstange axial gestreckt und gleichzeitig ein Blasdruck von bis zu 40 bar aufgebracht. Dadurch wird die Wand des PET-Rohlings an die Innenwand der Form gepresst und so die PET-Flasche ausgebildet, bevor sie von einem Auslaufstern übernommen wird.

Bei der jüngsten Weiterentwicklung der bereits seit 1997 auf dem Markt befindlichen Maschinenserie Contiform standen daher die Steigerung des Durchsatzes und die Absenkung des Energiebedarfs ganz oben auf der Agenda. Die selbst gesteckten Ziele hat das Unternehmen denn auch mustergültig umgesetzt: Krones ist es gelungen, das hohe Niveau der Vorgängergeneration nochmals anzuheben und den Ausstoß pro Blasstation von stattlichen 2000 Flaschen auf den Rekordwert von 2250 Flaschen pro Stunde zu steigern. Um diesen Schritt zu vollbringen, mussten sich die Ingenieure rund um Dieter Finger, Gruppenleiter Entwicklung Elektrik der Sparte Kunststofftechnik bei der Krones AG, so einiges einfallen lassen: „Bis dato konnten wir Riemenantriebe nutzen, um das Blasrad und die Transferräder anzutreiben. Wir sind aber mit der neuen Contiform in Geschwindigkeitsbereiche vorgestoßen, bei denen dieser Antriebstyp wegen der inhärenten Riemendehnung zu ungenau ist, weshalb es zu Problemen bei der Übergabe der Flaschen zwischen Blasrad und Fördersternen kommen kann.“

Die Ingenieure haben die Riemenantriebe daher durch Direktantriebe ersetzt: Bei der Contiform der 3. Generation kommen nun Torque Motoren zum Einsatz, die ein Drehmoment von bis zu 2300 Nm aufbringen können. Sie bieten nicht nur eine wesentlich höhere Genauigkeit als die Riemenantriebe, sondern versorgen sich durch ein ausgeklügeltes Energiemanagement gegenseitig mit Energie, um die Maschine bei einem Spannungsausfall bzw. einem Not-Stopp schnell zum Stillstand zu bringen, ohne die Synchronität zu verlieren. Die Ansteuerung der Motoren übernimmt das SDC (Servo Drive Control), wie Krones die seit fünf Jahren spartenübergreifend eingesetzte Antriebslösung, die auf B&R Technik fußt, intern bezeichnet. Mit ihr können über Powerlink beliebig viele Achsen mit unterschiedlichen Ausprägungen betrieben bzw. gekoppelt werden. Als Wechselrichter kommen Geräte aus der Acoposmulti Familie von B&R zum Einsatz; als Steuerung fungiert eine CPU aus dem B&R X20 System.

Der Einsatz der Torque Motoren im Antriebsmodul alleine erklärt den großen Leistungsschub, den die neue Contiform Generation bietet, aber nicht. Erst zusammen mit dem Wechsel vom pneumatischen zum elektrischen Recken haben die Krones Ingenieure die erforderlichen Rahmenbedingungen für den höheren Durchsatz geschaffen. Statt von einem pneumatischen Antrieb wird die Reckstange der Blasstationen branchenweit nun erstmals von einem tubularen Linearmotor bewegt.

„Im Gegensatz zu den konventionellen Linearmotoren flacher bzw. U-förmiger Bauweise läuft der stabförmige Läufer aus Permanentmagneten in einem Rohr, dem Ständer, in das die Erregerwicklungen des Stators und ein Hall-Sensor eingebracht sind“, erläutert der Elektronikexperte von Krones. „Gegenüber den sonst üblichen Reckantrieben mit Spindel arbeitet der tubulare Linearmotor ohne Spiel und Riemen. Da die Kraft in direkter Verlängerung der Reckstange wirkt, kommen wir außerdem mit wesentlich kleineren Lagerungen aus, so dass der Antrieb auch fett- und damit wartungsfrei ist.“ Die Firma NTI (LinMot) hat nach Vorgaben des Maschinenbauers den Motor entwickelt. „Hierzu gehörte, dass der Motor eine maximale Kraft von 2 kN bereit stellen und eine maximale Geschwindigkeit von 2 m/s erreichen kann. Zudem war eine Positioniergenauigkeit von 0,2 mm gefordert“, konkretisiert Dieter Finger, „und der Motor sollte sich nahtlos in unser durchgängiges Antriebssystem einfügen lassen.“

Um diese Bedingungen einhalten zu können, wurde der Motor für den Betrieb an einem Standard Acopos von B&R mit einer Zwischenkreisspannung von 800 V und drei Phasen konzipiert. Der B&R Acopos übernimmt zusätzlich die Auswertung bzw. Linearisierung des Hall-Sensorsignals. „Dies ist mit einem nicht zu unterschätzenden Programmieraufwand verbunden“, unterstreicht Dieter Finger. „B&R hat sich aber – wie gewohnt – flexibel und engagiert gezeigt und die Standard Firmware des Acopos Systems entsprechend modifiziert, mit der Folge, dass der Strombedarf minimiert, die Bewegungen sehr homogen sind und wir die tublaren Linearmotoren konzernweit einsetzen können.“

Als Umrichter für die Ansteuerung des Linearmotors haben sich die Verantwortlichen bei Krones für den Acoposmulti65 in Schutzart IP65 von B&R entschieden, kombiniert mit einer B&R X20 CPU, die als Steuerung des Blasmoduls fungiert. An der zweiten Powerlink Schnittstelle des Reglers sind I/O Module in IP67 zur Ventilansteuerung und zur Aufnahme des Blasdrucks eingebunden.

Mindestens genauso wichtig für den Betreiber ist, dass die neue Generation insgesamt merklich weniger Energie verbraucht. Das ist zum einen auf den Verzicht pneumatischer Reckantriebe zurückzuführen. Zum anderen erlaubt es die B&R Technik, dass der Zwischenkreis eine Ausdehnung von 70 m einnimmt. Krones hat diese Eigenschaft genutzt, um den Zwischenkreis des Reckmoduls mit dem Antriebsmodul der Maschine zu koppeln. Bei einem Spannungsabfall kann so die Energie des Blasrads genutzt werden, um das System kontrolliert herunterzufahren und die Reckstange in eine sichere Position zu fahren.

Auch während des Normalbetriebs wird Energie in den Zwischenkreis zurückgespeist: Die zum Abbremsen der Reckstange aufgebrachte Energie kann so von anderen Stationen genutzt werden, sodass die Leistungsaufnahme im Mittel pro Station nur etwa 250 W beträgt.

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